硅片的键合方法
【专利摘要】本发明公开了一种硅片的键合方法，包括步骤：提供一载片并对载片进行清洗；在载片表面上进行键合胶水旋涂；对键合胶水进行去边处理；将硅片和载片进行键合，键合后要求保证键合胶水都位于硅片所覆盖区域的内侧。本发明通过在硅片和载片的键合之前，对键合胶水进行去边处理，能够使硅片和载片键合后，在硅片的侧壁不再有键合胶水，这样能够在对硅片进行解离时降低硅片的破片率，尤其是能够有效的解决采用Taikio工艺形成的在外周带有支撑环的硅片在解离时的破片问题，且本发明，能够很好的很现有整体工艺和设备结合，不需要增加额外的成本。
【专利说明】硅片的键合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种硅片的键合方法。
【背景技术】
[0002]在半导体制造中，通常高电压高功率的半导体器件，其散热性能非常重要，因此硅片越薄，其散热能力越强，可以承载的功率就越高。以工业或汽车电子中使用的典型的1200V100A 的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件为例，其厚度从最初的穿通(PT)型IGBT的300微米左右，下降至场中止(FS)型IGBT的170微米左右，进一步的达到120微米,其工作损耗功率也随之下降。
[0003]但是当硅片薄到一定程度，且面积较大时，其机械强度大大下降，以8英寸硅片为例，当硅片厚度〈200微米时，硅片会发生卷曲，因此无法继续进行搬送、转移和加工。因此针对薄硅片需要使用特殊的加工和承载方式。键合工艺和Taiko工艺就是其中比较常用的。
[0004]现有第一种硅片键合工艺中，键合工艺放在硅片减薄前，如图1A所示，首先将硅片11和载片14通过所述键合胶水13键合在一起，然后通过研磨刀片12对硅片11进行研磨，直至研磨到所需厚度，此时硅片11被粘在载片14上，不会发生形变。从而可以进行搬送、转移和加工。现有第一种方法适用于键合后硅片不再取下，且后续还要进行其他背面工艺如光刻、注入、退火、刻蚀、金属蒸发或沉积的情形。如果后续不需要进行其他背面工艺，则也可以取下，将硅片粘在框架(frame)上，保持一定的机械强度。
[0005]同时为了降低研磨过程中的碎片率，在此方案中需要将胶水完全覆盖硅片边缘，使硅片和载片之间被胶水充满没有空隙，否则硅片和载片之间没有被胶水充满，产生空隙的话，研磨过程中产生的硅屑会进入硅片边缘硅片和载片间的空隙内，造成硅片崩口，并引发研磨碎片。
[0006]但当不使用硅片键合工艺时，则需要使用Taiko工艺，如图2A所示，现有Taiko工艺是在用研磨刀片2对硅片I进行研磨时，仅研磨硅片I的中央部分，但不研磨硅片I的周边部分。如图2B所示，硅片I采用现有Taiko工艺研磨后在硅片I的边缘存在一个支撑环la，硅片I的中间区域为基片区域lb，基片区域Ib用于形成半导体器件。后续可以通过对支撑环Ia对硅片I进行搬送、转移和加工。
[0007]现在有一种新的技术可以将键合工艺和Taiko工艺结合在一起使用，如图3A所示，现有第二种硅片键合工艺中，首先是用键合胶水23将硅片21和载片24键合后，通过研磨刀片22对硅片21进行研磨，研磨采用Taiko工艺，即仅对硅片21的中央部分进行研磨，在硅片21的边缘形成一个支撑环。如图3A所示，Taiko工艺之后，硅片21形成了支撑环21a和基片区域21b。
[0008]如图1B所示的采用现有第一种硅片键合工艺形成的硅片11各处的厚度相同，解离时硅片11周边不会产生应力，可以正常解离。[0009]但是如图4A所示，对现有第二种硅片键合工艺中的硅片21进行解离时，由于在支撑环21a的外侧还包围有键合胶水23，通过上下两个支架25进行施加垂直于硅片21表面的力F时，用于键合胶水23会粘住支撑环21a，从而使硅片21在支撑环21a和基片区域21b的台阶处如图4A中的带箭头的虚线所示位置处会产生巨大应力，从而导致破片。图4B显示通过上下两个支架25进行施加垂直于硅片21表面的力F时，键合胶水23同样会粘住支撑环21a并导致破片。尤其采用激光照射解离时，解离方向为垂直硅片，因此会产生更强的应力，破片率非常高。
[0010]为了解决破片问题，现有改进方法有:调整胶水的材质和解离方式，或者调整Taiko支撑环高度，或台阶高度差。但上述现有改进方法会对整体工艺和设备产生很大限制，因此在实际使用中受到很大限制。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是提供一种硅片的键合方法，能够降低硅片在解离过程中的破片率。
[0012]为解决上述技术问题，本发明提供的硅片的键合方法包括如下步骤:
[0013]步骤一、提供一用于和硅片进行键合的载片，并对所述载片进行清洗。
[0014]步骤二、在所述载片表面上进行键合胶水旋涂。
[0015]步骤三、将位于所述载片的外周边缘向内收缩一段距离的环形区域上的所述键合胶水去除，去除外周部分后的所述键合胶水的外周边缘所围区域小于所述硅片的外周边缘所围区域。
[0016]步骤四、去除所述键合胶水的外周部分后，通过所述键合胶水将所述硅片和所述载片进行键合，键合后要求保证所述键合胶水都位于所述硅片所覆盖区域的内侧。
[0017]进一步的改进是,还包括步骤:
[0018]步骤五、在步骤四的键合之前、或者之后，对所述硅片进行研磨减薄；该研磨减薄使所述硅片形成由基片区域和围绕在所述基片区域外周的支撑环组成的结构，所述支撑环的厚度大于所述基片区域的厚度并用于对所述基片区域进行支撑，所述基片区域用于形成半导体器件。
[0019]步骤六、所述硅片和所述载片键合后、且所述硅片进行了研磨减薄后，在所述硅片的所述基片区域进行半导体器件的工艺加工，之后，对所述键合胶水进行解离使所述硅片和所述载片分开。
[0020]进一步的改进是，去除外周部分后的所述键合胶水的外周边缘位于所述硅片的支撑环内侧。
[0021]进一步的改进是，步骤三中被去除所述键合胶水的环形区域的宽度为3毫米?5毫米。
[0022]进一步的改进是，所述支撑环的厚度比所述基片区域的厚度大250微米。
[0023]进一步的改进是，所述支撑环的厚度大于400微米。
[0024]进一步的改进是，所述载片的材料为玻璃，硅，蓝宝石。
[0025]进一步的改进是，所述载片的直径比所述硅片的直径大0.1毫米?0.3毫米，或者所述载片的直径比所述硅片的直径大0.5毫米?5毫米。[0026]进一步的改进是，所述载片的厚度为350微米~650微米。
[0027]进一步的改进是，所述键合胶水能够通过热分解解离，所述键合胶水的耐热温度大于250°C ;所述键合胶水能够通过激光照射解离，所述键合胶水的耐热温度小于220°C。
[0028]进一步的改进是，所述键合胶水的厚度为10微米~80微米。
[0029]本发明硅片的键合方法通过在硅片和载片的键合之前，对键合胶水进行去边处理，能够使硅片和载片键合后，在硅片的侧壁不再有键合胶水，这样能够在对硅片进行解离时降低硅片的破片率，尤其是能够有效的解决采用Taikio工艺形成的在外周带有支撑环的硅片在解离时的破片问题，且本发明方法并不需要对键合胶水的材质和解离方法进行调整，也不需要对硅片支撑环的高度、台阶高度差进行调整，能够很好的很现有整体工艺和设备结合，不需要增加额外的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0031]图1A-图1B是现有第一种硅片键合工艺各步骤中的硅片示意图；
[0032]图2B-图2B是现有Taiko工艺中硅片示意图；
[0033]图3A-图3B是现有第二种硅片键合工艺各步骤中的硅片示意图；
[0034]图4A-图4B是现有第二种硅片键合工艺中进行硅片分离的示意图；
[0035]图5是本发明实施例方法流程图；
[0036]图6A-图6E是本发明实施例方法各步骤中的硅片示意图；
[0037]图7A-图7B是本发明实施例方法中进行硅片分离的示意图。
【具体实施方式】
[0038]如图5所不,是本发明实施例方法流程图；图6A至图6E是本发明实施例方法各步骤中的硅片33示意图。本发明实施例中的硅片33用于生长600V10A的IGBT器件的直径为200毫米的晶圆硅片；本发明实施例方法包括如下步骤:
[0039]步骤一、如图6A所示，提供一用于和硅片33进行键合的载片31，并对所述载片31进行清洗。
[0040]所述载片31的材料为玻璃，在其它实施例中，所述载片31的材料也能为硅或蓝宝
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[0041]本发明实施例中所述载片31的直径为200.1毫米~202毫米。在其它实施例中所述载片31的直径也能为比所述硅片33的直径大0.1毫米~0.3毫米，或者比所述硅片33的直径大0.5毫米~5毫米。
[0042]所述载片31的厚度为350微米~650微米。
[0043]步骤二、如图6A所示，在所述载片31表面上进行键合胶水32旋涂，所述键合胶水32的厚度为10微米~80微米。
[0044]本发明所选用的所述键合胶水32能够通过激光照射解离，所述键合胶水32的耐热温度小于220°C。在其它实施例中，也能选用能够通过热分解解离的所述键合胶水32，所述键合胶水32的耐热温度大于250°C。
[0045]步骤三、如图6B所示，将位于所述载片31的外周边缘向内收缩一段距离的环形区域上的所述键合胶水32去除即对所述键合胶水32进行去边处理，去边处理时，能够旋转载片31，通过在载片31边缘喷涂有机溶剂擦除所述载片31边缘处的所述键合胶水32。由图6B可知，去除外周部分后的所述键合胶水32表示为键合胶水32a，所述键合胶水32a的外周边缘所围区域小于所述硅片33的外周边缘所围区域。本发明实例中，去边距离即被去除所述键合胶水32的环形区域的宽度为3毫米?5毫米。
[0046]步骤四、如图6C所示，去除所述键合胶水32的外周部分后，通过所述键合胶水32将所述硅片33和所述载片31进行键合，键合后要求保证所述键合胶水32都位于所述硅片33所覆盖区域的内侧，即所述键合胶水32不能粘在所述硅片33的外侧壁上。
[0047]步骤五、如图6D所示，在步骤四的之后，对所述硅片33进行研磨减薄；该研磨减薄采用Taiko工艺进行，使所述硅片33形成由基片区域33b和围绕在所述基片区域33b外周的支撑环33a组成的结构，所述支撑环33a的厚度大于所述基片区域33b的厚度并用于对所述基片区域33b进行支撑，所述基片区域33b用于形成半导体器件。所述支撑环33a的厚度比所述基片区域33b的厚度大250微米，所述基片区域33b的厚度为70微米?80微米，所述支撑环33a的厚度大于400微米。所述支撑环33a宽度为3毫米，小于去边距离，使去除外周部分后的所述键合胶水32的外周边缘位于所述硅片33的支撑环33a内侧。
[0048]在其它实施例中，也能在键合之前对所述硅片33进行研磨减薄，也同样是采用Taiko工艺进行研磨减薄，使所述硅片33形成由基片区域33b和围绕在所述基片区域33b外周的支撑环33a组成的结构。
[0049]步骤六、如图6E所示，所述硅片33和所述载片31键合后、且所述硅片33进行了研磨减薄后，在所述硅片33的所述基片区域33b进行半导体器件的工艺加工，之后，对所述键合胶水32进行解离使所述硅片33和所述载片31分开。
[0050]如图7A所示，本发明实施例中解离工艺为:使用支架34分别吸附硅片33和载片31，通过对玻璃面进行激光照射降低所述键合胶水32a的粘性，然后沿硅片33垂直方向施加力F使硅片33和载片31分离。由于硅片33分离时，键合胶水32a没有粘附在硅片33的外侧壁上，故在硅片解离时键合胶水23不会粘住支撑环21a，从而硅片33的受力均匀，能够避免硅片33破片产生。如图7B所示，在其它实施例中，也能够施加一和硅片33平行的力F使硅片33和载片31分离。
[0051]以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种硅片的键合方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、提供一用于和硅片进行键合的载片，并对所述载片进行清洗； 步骤二、在所述载片表面上进行键合胶水旋涂； 步骤三、将位于所述载片的外周边缘向内收缩一段距离的环形区域上的所述键合胶水去除，去除外周部分后的所述键合胶水的外周边缘所围区域小于所述硅片的外周边缘所围区域； 步骤四、去除所述键合胶水的外周部分后，通过所述键合胶水将所述硅片和所述载片进行键合，键合后要求保证所述键合胶水都位于所述硅片所覆盖区域的内侧。
2.如权利要求1所述的硅片的键合方法，其特征在于，还包括步骤: 步骤五、在步骤四的键合之前、或者之后，对所述硅片进行研磨减薄；该研磨减薄使所述硅片形成由基片区域和围绕在所述基片区域外周的支撑环组成的结构，所述支撑环的厚度大于所述基片区域的厚度并用于对所述基片区域进行支撑，所述基片区域用于形成半导体器件； 步骤六、所述硅片和所述载片键合后、且所述硅片进行了研磨减薄后，在所述硅片的所述基片区域进行半导体器件的工艺加工，之后，对所述键合胶水进行解离使所述硅片和所述载片分开。
3.如权利要求2所述的硅片的键合方法，其特征在于:去除外周部分后的所述键合胶水的外周边缘位于所述硅片的支撑环内侧。
4.如权利要求1或2或3所述的硅片的键合方法，其特征在于:步骤三中被去除所述键合胶水的环形区域的宽度为3毫米?5毫米。
5.如权利要求2所述的硅片的键合方法，其特征在于:所述支撑环的厚度比所述基片区域的厚度大250微米。
6.如权利要求2所述的硅片的键合方法，其特征在于:所述支撑环的厚度大于400微米。
7.如权利要求1或2所述的硅片的键合方法，其特征在于:所述载片的材料为玻璃，硅，蓝宝石。
8.如权利要求1或2所述的硅片的键合方法，其特征在于:所述载片的直径比所述硅片的直径大0.1毫米?0.3毫米，或者所述载片的直径比所述硅片的直径大0.5毫米?5毫米。
9.如权利要求1或2所述的硅片的键合方法，其特征在于:所述载片的厚度为350微米?650微米。
10.如权利要求1或2所述的硅片的键合方法，其特征在于:所述键合胶水能够通过热分解解离，所述键合胶水的耐热温度大于250°C ;所述键合胶水能够通过激光照射解离，所述键合胶水的耐热温度小于220°C。
11.如权利要求1或2所述的硅片的键合方法，其特征在于:所述键合胶水的厚度为10微米?80微米。
【文档编号】H01L23/00GK103579127SQ201210251956
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】王雷, 郭晓波 申请人:上海华虹Nec电子有限公司